ردیابی شکاف‌ها در سازه‌های آبی با استفاده از جلبک‌ها

● مقدمه:
همه می‌دانیم که هرکجا آب باشد، آبادانی نیز هست و اگر واقعاً چنین باشد، بخش اعظم سیاره زمین از دیر زمان آباد بوده و هست! البته چنین تصوری فقط به مناطق خشک و بیابانی محدود می‌شود زیرا اغلب، تداعی مفهوم آبادانی همواره با مشاهده بناهای غیر طبیعی و به اصطلاح انسان ساخت همراه بوده و هست!
بدون شک، شناخت فرآیند انواع تخریب‌ها در چنین آثاری و همچنین چگونگی مهار آن‌ها از وظایف اصلی ساکنین آن آبادی محسوب می‌گردد. شاخه‌های مهندسی در این زمینه بیش از همه مسئولیت دارند و از ابتدا یعنی طراحی، ساخت و تولید تا مراحل راه‌اندازی، نگهداری و توسعه، نقش مهمی را ایفاء می‌کنند.
علاه بر این، آب به‌عنوان شاخص آبادی می‌تواند در زمینه‌های متعدد و متنوعی کار آفرین باشد. به‌عنوان مثال: نهادهای خدمات فنی برای سازه‌هائی از قبیل مخازن آب، کانال‌های آبرسانی، پل‌ها، سدها، سیستم‌های برودتی، تصفیه خانه‌ها، اسکله‌ها، شناورها و بسیاری موارد دیگر، به‌طور مستقیم و یا غیر مستقیم با مدیریت و مهندسی آب در ارتباط هستند. بنابراین، نگرش فراگیر در این مؤلفه حیاتی، پیش از آن‌که جالب باشد، اجتناب ناپذیر خواهد بود.
جلبک‌ها، نخستین ساکنین مولد این زیست کره هستند و تقریباً در هر نقطه‌ای از سیاره که نشانی از حیات وجود داشته باشد، به‌طور فعال حضور خواهند داشت. اگرچه آثار تخریبی جلبک‌ها در چنین سازه‌هائی برای بشر کم و بیش شناخته شده است ولی در این نگارش مختصر، امید و تلاش بر این بوده که ضمن آشنائی بیشتر از سازوکار چنین موجوداتی و با عنوان جلبک‌های نشانگر (Indicator Algac) در این‌جا و همچنین گسترش انواع شکاف‌ها و خوردگی‌ها، بتوان رویکردهای منطقی و مهندسی را برای مهار چنین ناهنجاری‌ها فراهم نمود.
● شواهد جلبکی:
به‌طور کلی، برای بازرسی انواع سازه‌ها خصوصاً در مقاطع بهره‌برداری، معمولاً زمان و هزینه‌های قابل ملاحظه‌ای مصرف می‌شود. از سوی دیگر براساس مشاهدات میدانی، امکان برآورد وسعت و میزان خسارت بسیار دشوار می‌باشد. تعدادی از جلبک‌ها با عرصه انتشار وسیع (جهان وطن) وجود دارد (شکل ۱) که با قابلیت چسبندگی فوق‌العاده زیاد روی انواع دیواره‌ها می‌توانند به‌طور مستقیم شکاف‌هائی را ایجاد نمایند و یا آنکه بستری مناسب برای سایر جلبک‌ها و همچنین دیگر عوامل تخریبی فراهم نمایند. در بسیاری از موارد، چنین جلبک‌هائی علاوه بر اتلاف آب از طریق نشت، برای تخم‌ریزی برخی حشرات آبزی و همچنین تجمع و تراکم غلظت آلاینده‌ها نیز محط مطلوبی ایجاد می‌کنند که در نهایت موجب تغییرات کیفی آب در مدت کوتاهی گاهی کمتر از ۴۸ ساعت، خواهند شد.
معمولاً فرایند تخریب به‌صورت فیزیکی/شیمیائی و یا تلفیقی و هم‌زمان می‌باشد. در مراحل نخست، با ایجاد مجازی موئینه میزان فشار اسمزی در بافت سازه‌ها افزایش پیدا می‌کند و به‌تدریج و در مراحل گسترش همین شکاف‌های ظریف و براساس قانون برنولی در سیالات بر اثر کاهش سرعت جریان آب، مقادیر فشار ماتریسی افزایش می‌یابد و در نتیجه عمق و میزان خورندگی به‌طور قابل ملاحظه‌ای گسترش خواهد شد. علاوه بر این، ترشحات مواد شیمیائی مختلف در چنین محیط چسبناکی، ضمن استقرار هرچه بیشتر و بهتر جلبک‌ها در شیب‌های بسیار تند، باعث تداوم و توسعه فرایند تخریب نیز خواهد شد.
چنین فرایندی اگرچه کند و آرام است ولی به‌دلیل وجود این‌سری فزاینده و همچنین فعالیت بدون وقفه، آثاری قابل ملاحظه‌ای روی سازه‌ها خواهند داشت و می‌دانیم که در طبیعت، روندهائی از این قبیل برگشت ناپذیر هستند. گاهی اوقات گسترش این جلبک‌ها به حدی است که می‌توان گفت که برای جلبک‌ها عمارتی ساخته‌ایم! یکی از این نمونه‌ها، پلی با نام پل جلبک‌ها (Algae Bridge) واقع در کشور چین می‌باشد (شکل ۲).
تاکنون، صدها هزار گونه از جلبک‌ها شناسائی و رده‌بندی شده‌اند و به‌طور کلی می‌توان آنها را در ۱۲ شاخه طبقه‌بندی نمود. عمده‌ترین جلبک‌های مورد بحث در این بررسی، به انواع جلبک‌ها در شاخه جلبک‌های سبز (Chlorophta) و شاخه جلبک‌ەای زرد طلائی (Chrysophyta) تعلق دارند. این جلبک‌ها دارای ریختار متنوعی و در اندازه‌های گوناگون (از پنج میکرونی تا سی متری!) وجود دارند. علاوه بر این، رفتار هر یک از آنها در رویشگاه‌های مختلف و همچنین در مقاطع زمانی نیز قابل تأمین می‌باشد.
بدین ترتیب، با مشاهده چنین جلبک‌هائی می‌توان به سهولت و به نوعی گواهی بر شروع و یا توسعه شکاف‌ها و خوردگی‌ها در سازه‌ها را صادر نمود. البته برآورد میزان پوشش‌دهی و همچنین موقعیت‌یابی مسیر انتشار آنها تا حدودی به تجربه احتیاج دارد که با راهنمائی مختصر، هر کارشناسی حتی در سطح مبتدی نیز می‌تواند از این دستورالعمل فنی استفاده نماید. نگارنده طی ۱۵ سال اخیر نمونه‌هائی ارزشمند از این جلبک‌ها را از استان‌های شمالی کشور و همچنین استان‌های تهران، اصفهان، فارس، خوزستان و هرمزگان، جمع‌آوری نموده و در هر باریوم ”IRAN“ نگهداری می‌شود.
● بحران جلبکی:
وقتی به عظمت انواع سازه‌های دریائی (شکل ۲) فکر می‌کنیم، این موضوع به شیوه‌ای گسترده و تا حدودی به نوعی بحرانتبدیل می‌گردد. در این چالش، انواع شناورها، دکل‌ها، اسکله‌ها، پل‌ها، سدها، انواع کارخانه‌های تصفیه، فرآوری و شیرین‌کن‌ها و حتی تجهیزات فنی برای اکتشاف و استخراج نفت، نیز از چنین فرایندی مستثنی نخواهند بود.
خوشبختانه، با پیشرفت علوم و فنون نوین این مشکل خصوصاً در زمینه‌های طراحی و تولید، تا حدودی مرتفع شده است ولی هزینه‌های نگهداری و همچنین مرمت چنین سازه‌هائی برای بهره‌برداری و بهینه‌سازی، همچنان ارقام نجومی را به خود اختصاص می‌دهند.
بدون شک، بهره‌گیری از انواع رنگ‌ها برای افزایش عمر مفید در مقابل زنگ‌زدگی و همچنین خوردگی بسیاری از سازه‌ها، نوعی مرهم محسوب می‌شود. البته یادآوری این نکته ضروری است که در این نوع رنگ‌ها اغلب از دیاتومه‌های فسیلی (خاک دیاتومیت) که خودشان از گروه جلبک‌های قاب‌سیلیسی (Bacillariophyceae) می‌باشند، استفاده می‌شود زیرا جین کریستال‌هائی با کمترین هزینه ممکن، بیشترین مقاومت را در مقابل فرسایش ایجادمی‌نمایند. بنابراین، با استفاده از انواع بقایا و فسیل جلبک‌ها به‌صورت غشائی بسیار نازک می‌توان در مقابل آثار تخریبی و ناهنجاری‌های سایر جلبک‌های زنده، نوعی امنیت مصالح ساختمانی را فراهم نمود.
برای انتقال چنین مفاهیمی نیازی به سفر به دریا و اقیانوس‌ها نیست. برای مثال می‌توان انبوهی از جلبک‌های تک یاخته‌ای را روی دیواره و پایه‌های پل‌ها و دکل‌ها مشاهده و ردیابی نمود و یکی از نمونه‌های جالب در این زمینه پل دروازه طلائی (Golden Gate) در سانفرانسیسکو می‌باشد (شکل ۴ الف).
بنابراین، مسیرهای آبرسانی اعم از کانال‌ها، لوله‌ها، خطوط انتقال و حتی چاه‌های عمیق، جایگاه خاصی را به‌خود اختصاص می‌دهند (شکل ۴ ب). این موضوع برای بخش کشاورزی و همچنین انواع دستگاه‌های تبرید کارخانه‌ها خیلی مهم خواهد بود به‌ویژه آن‌که چنین آب‌هائی به انواع فاضلاب‌های شهری و یا صنعتی نیز آلوده باشند. (شکل ۴ ج).
بدین ترتیب، فاکتورهای تنوع و تراکم جلبک‌ها در سامانه‌های تخریبی سازه‌ها نقش مهمی ایفاء می‌کند. از سوی دیگر رفتار فیزیکی و شیمیائی سازه‌ها نقش مهمی ایفاء می‌کند. از سوی دیگر رفتار فیزیکی و شیمیائی هر یک از انها می‌تواند الگوئی مناسب برای تغییر روند تخریب نیز باشد. دلیل عمده که چنین جلبک‌هائی را می‌توان به‌عنوان نشانگر (Indicator) تلقی نمود این است که با نمونه‌برداری‌هائی که از موقعیت‌های گوناگون به‌عمل می‌آید، نتایج حاصل را می‌توان با روش قیاسی بسط داده و به اصطلاح می‌توان از آنها به‌عنوان اندیس‌هائی (Indices) قابل استناد در سایر نقاط جغرافیائی نیز استفاده نمود.
به‌طور کلی، سدها به‌دلیل دارا بودن ساختاری ویژه، موقعیت بسیار مطلوبی را برای جلبک‌ها فراهم می‌نمایند. با توجه به شکل ساختمانی سدها و حتی آب‌بندهای ساده و به‌دلیل ایجاد اختلاف پتانسیلی در توده سیال آب و از سوی دیگر رفتار حرکتی انواع جلبک‌ها از لحاظ شناور یا معلق بودن، حالات بسیار متنوعی پدیدار می‌شود و گاهی با هجوم برخی ازگونه‌های جلبک، این موضوع به‌صورت بحرانی و جدی خواهد بود که یکی از موارد در این زمینه، صرف هزینه‌های هنگفت برای لایروبی انبوهی از جلبک‌ها در پشت سدها واقع در ایالات متحده آمریکا می‌باشد (شکل ۵).
این قبیل جلبک‌ها به‌طور مستقیم یا غیر مستقیم خسارت زیادی به صنایع گوناگون خصوصاً در ارتباط با منابع آبی وارد می‌سازند. مبارزه با برخی از این جلبک‌ها علاوه بر صرف وقت و هزینه قابل ملاحظه، حتی گاهی در تصمیم‌سازی مسئولان ذیربط نیز اختلالاتی محسوس ایجاد می‌کنند.
رودها، دریاچه‌ها و حتی استخرها و آبگیرهای مناطق فاضلابی، رویشگاه‌های اصلی برای تکثیر چنین جلبک‌هائی خصوصاً در بخش آب‌های شیرین محسوب می‌شوند. حضور چنین جلبک‌هائی در محیط‌های آبی، اشکالات متعددی را برای انواع توربین‌ها و حتی پره‌های موتور قایق‌ها و کشتی‌ها ایجاد می‌کنند و در این میان، جلبک سبز رشته‌ای کارا (Chara) برای بسیاری از افراد کاملاً شناخته شده است. این جلبک‌ با چسبندگی فوق‌العاده زیاد در صنایع شیلات نیز مشکلات فراوانی را ایجاد کرده و سالانه هزینه زیادی برای لایروبی آن مصرف می‌شود (شکل ۶).
● رهیافت‌ها و رویکردها:
چنانچه مروری به مطالب داشته باشیم، ملاحظه می‌شود که بخش عمده‌ای از آنها بدیهی و تقریباً برای همگان آشکار است ولی این پرسش به‌وجود می‌آید که چنین موضوعی مهم، چرا و چگونه اغلب به بوته فراموشی سپرده می‌شود؟! شاید یکی از پاسخ‌ها! این باشد که چنین مقوله‌ای بیش از حد عادی است و تقریباً بخش جدائی‌ناپذیر طبیعت تلقی می‌گردد (شکل ۷).
اگرچه بسیاری از موارد مورد بررسی، ارتباط مستقیمی با شاخه‌های مهندسی عمران و مکانیک دارند ولی بایستی اذعان نمود که در این خصوص، نظریات کارشناسی زمینه‌های تخصصی آب و فاضلاب، نقش کلیدی را خواهند داشت. بنابراین، گستره مدیریت بهینه و همچنین بهره‌مندی منطقی از سازه‌ها و همچنین افزارها به‌ویژه در محیط‌های آبی بدون برخورداری از تجربیات و آموزه‌های هیدرولوژی امکان‌پذیر نخواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به اهمیت خوردگی سازه‌ها و کاهش عمر مفید آنها که برای هیچ مدیری و یا مسئولی پوشیده نیست، چنین امری موجب پیوستگی و توسعه ارتباط فنی میان شاخه‌های گوناگون مهندسی خواهد شد. نگرش و خاستگاه اجرائی پیرامون چنین جلبک‌هائی، با چگونگی مبارزه و یا مدارا همراه است ولی در این نگارش مختصر تأکید اصلی بر مشاهدات می‌باشد زیرا شرط لازم و کافی برای بهره‌مندی کافی از هر نوع نهاده‌ای، بهبود کمی و کیفی پایگاه داده‌ها می‌باشد لذا ثبت، بازیابی و ارزیابی همین مشاهدات اگرچه گام نخست و دشوار می‌باشد ولی در تصمیم‌سازی مدیران از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است.
معمولاً کارشناسان دفع آفات با عنایت به حفظ محیط زیست، سموم جلبک‌کش را زیاد توصیه نمی‌کنند زیرا به لحاظ ویژگی‌های محیط‌های آبی، باقیمانده سموم و بازدهی ناچیز خصوصاً در وسعت زیاد را به ارمغان خواهد آورد.
استفاده از سولفات مس (کات کبود) از سال ۱۹۰۴ میلادی تاکنون، در استخرها و یا مناطق محدود از قبیل استخرها متداول بود ولی کاربرد صحیح آن به‌ویژه محاسبه غلظت و همچنین زمان مورد استفاده نه تنها پیچیده می‌باشد بلکه به‌صورت متمرکز و خصوصاً به‌دلیل تنوع و پایداری جلبک‌های چسبنده، چنین توصیه‌ای کارآمد نخواهد بود.
امروزه در گیاه پزشکی نوین، اغلب از مدیریت و روش‌های تلفیقی با کاربرد ابزار پیشرفته، استقبال می‌شود. نتایج حاصل از تحقیقات در زمینه‌های کاربرد امواج ماوراء صورت با تواتر قابل تنظیم، پروهای لیزری، ریز تراشه‌های هوشمند (Expert Microchips) و همچنین فن‌آوری نانو با عنوان نانوچک (Nanocheck) حتی در مراحل مقدماتی نیز بسیار ارزشمند بوده و تصور بر این است که حداکثر در دهه آینده چنین تسهیلاتی به‌طور وسیع در اختیار حافظان آب و همچنین مدیریت سازه‌های آبی قرار گیرد. بدون شک، با انجام امور مربوط به ردیابی، مشاهده دقیق و سپس ارزیابی فنی میزان و موقعیت خسارات، ضمن افزایش عملکرد چنین شیوه‌ها و افزارهائی، موجب موفقیت هرچه بیشتر در شکار چنین جلبک‌هائی خواهد شد.
بدین‌ترتیب مفهوم جامع‌تری از چگونگی مبارزه به‌همراه مدارا، فراهم می‌گردد. البته شایسته و بایسته است که همواره به‌خاطر داشته باشیم:
این ما هستیم که در حریم جلبک‌ها بنا نهاده‌ایم!

کاظم دادخواهی‌پور
عضو هیئت علمی مؤسسه تحقیقات آفات و بیماری‌های گیاهی، بخش تحقیقات ورستنی‌ها
منابع:
۱) دادخواهی‌پور، ک. ۱۳۸۴ دیاتومه‌ها، یاور صنعت آب در فناوری نانو، مهرآب، شماره ۲۰ ص. ۳۴ ـ ۳۶.
۲) دادخواهی پور، ک. ۱۳۸۴. نشانی جلبک‌های نشانگر. مهرآب، شماره ۱۸. ص. ۳۷ ـ ۴۰.
۳) .(Azo Nanotechnology - New Product: ۲۰۰۴. NanoCheck AlgaePreventionfrom Altair (www.azonano.com
۴) Lancar, L.andKrake, K.۲۰۰۲.Aquatic weedsandtheir management. International Commission on Irrigation & Drainage - ICID.
۵) Potapova, M.& D.F.Charles. ۲۰۰۴. Potential use ofrare diatomsas environmentalindicatorsin USA
۶) Sprouffske, K.۲۰۰۳. Phyco - AIDE Program: algalindicatorsanddata exploration, Presentedas NAWQA CyberSeminar.

منبع : ماهنامه مهرآب